Когда-то невообразимой, транзисторы, состоящие только из нескольких атомов кластеров или даже отдельных атомов обещают стать строительными блоками компьютеров нового поколения с непревзойденной памяти и вычислительной мощности. Но чтобы реализовать весь потенциал эти крошечные транзисторы-миниатюрные электрические включатели — исследователи должны найти способ, чтобы сделать множество копий этих крайне сложных для изготовления деталей.
Теперь, исследователя на Национальном институте стандартов и технологий (NIST) и их коллеги из Университета Мэриленда разработали пошаговую инструкцию и рецепт для производства атомной шкалы устройств. Используя эти инструкции, стандарт-светодиодный команда стала только второй в мире, чтобы построить одноатомный транзистор и первый, чтобы изготовить серию одиночных электронах транзисторы с атомом контроля над геометрией устройств.
Ученые продемонстрировали, что они могли точно регулировать скорость, с которой отдельные потоки электронов через физический разрыв или электрический барьер в их транзистор — хотя классическая физика запрещает электронам от этого, потому что им не хватает энергии. Что строго квантовые явления, известного как квантовое туннелирование, становится важным только тогда, когда разрыв очень маленький, например, в миниатюрных транзисторов. Точный контроль над квантового туннелирования является ключевым, потому что это позволяет транзисторов стать «запутался» или взаимосвязаны таким образом, возможно только на основе квантовой механики и открывает новые возможности для создания квантовых битов (кубитов), которые могут быть использованы в квантовых вычислениях.
Чтобы изготовить один-атом и несколько-атом транзисторы, команда опиралась на известные способы, в которых кремниевый чип, покрытый слоем атомов водорода, которые легко привязать к кремния. Тонкой иглой сканирующего туннельного микроскопа затем удаляют атомы водорода на отдельных участках. Оставшиеся водорода действовала как барьер, так что, когда команда направлена газ фосфин (РН3) на поверхности кремния, отдельные молекулы РН3, который крепится только в местах, где водород был удален (см. анимацию). Затем исследователи нагретой поверхности кремния. Тепло выбрасывается атомов водорода от РН3 и вызвало атом фосфора, который был оставлен позади, чтобы встроить себя в поверхности. С дополнительной обработки, связаны с атомами фосфора, создавали фундамент серию высокостабильных один или несколько атомов устройств, которые имеют потенциал, чтобы служить в качестве кубитов.
Два шага в методе, разработанном институтом NIST команды — уплотнение атомов фосфора с защитными слоями кремния и затем сделать электрический контакт с атомов — по-видимому, были необходимы, чтобы надежно фабриковать много копий атомарно точные приборы, НИСТ исследователь Ричард Сильвер сказал.
В прошлом, исследователи, как правило, применяется тепло как все слои кремния, выращенные, для того, чтобы устранить дефекты и убедиться, что кремний имеет чисто кристаллической структуры, необходимой для интеграции одноатомный устройств с обычных кремниевых кристаллах электрические компоненты. Но в этих последних экспериментах ученые обнаружили, что такой нагрев может привести к смещению связаны с атомами фосфора и потенциально нарушить структуру атомн-маштаба устройств. Вместо этого, команда сдала первые несколько слоев кремния при комнатной температуре, позволяя атомам фосфора оставаться на месте. Только когда последующие слои наносились команда применить тепло.
«Мы считаем, что наш метод наложения слоев обеспечивает более стабильный и точный атомно-масштабных устройств», — сказал Серебренников. Имея даже один атом вне месте может изменить проводимость и другие свойства электрических компонентов, что характеристика одного или небольшой группы атомов.
Команда также разработала новую технику на ответственный шаг создания электрического контакта с АТО хоронят, так что они могут работать как часть цепи. НИСТ ученые осторожно нагревают слой металла-палладия применяется в определенных областях на поверхности кремния, которая находилась непосредственно над выбранным компонентам из кремния-встроенное устройство. Разогретый палладий реагирует с кремния в виде электропроводящей называют сплав палладия силицида, который, естественно, проникал сквозь кремний и вступили в контакт с атомами фосфора.
В недавнем выпуске новых функциональных материалов, серебра и его коллеги, которые включают Сицяо Вонг, Джонатан Wyrick, Майкл Стюарт-младший и Курт Рихтер, подчеркнул, что их способ контакта имеет почти 100% успеха. Это главное достижение, отметил, Wyrick. «Вы можете иметь лучшее одноатомный транзистор устройство в мире, но если вы не можете наладить контакт с ним, это бесполезно», — сказал он.
Изготовление одноатомный транзистор «является трудным и сложным процессом, который может быть у каждого, чтобы сократить свои зубы, но мы выкладывали шаги так, чтобы другие команды не должны действовать методом проб и ошибок», — сказал Рихтер.
В работе, опубликованной сегодня в физике коммуникаций, серебро и его коллеги показали, что они могут точно контролировать скорость, с которой отдельные электроны туннелируются через атомарно точные туннельными барьерами в одноэлектронных транзисторах. Исследователи NIST и их коллеги сфабриковали ряд одноэлектронных транзисторов, идентичных во всех отношениях, за исключением разницы в размерах туннельного промежутка. Замеры тока показали, что путем увеличения или уменьшения зазора между транзистор компоненты на менее нанометра (миллиардной части метра), команда может точно контролировать поток единичных электронов через транзистор предсказуемым образом.
«За квантового туннелирования является столь основополагающим для любого квантового устройства, в том числе строительство кубитов, умение контролировать поток один электрон одновременно является значительным достижением», — сказал Wyrick. Кроме того, как инженеры все больше и больше сетей на крошечный компьютерный чип, и разрыв между компонентами продолжает сокращаться, понимая и контролируя эффекты квантового туннелирования станет еще более критичным, сказал Рихтер.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!